Biología (08) · Unidad 3 — Metabolismo y membrana
La membrana plasmática: el mosaico fluido
La membrana es una película de dos capas de fosfolípidos, con las colas hacia adentro y las cabezas hacia el agua, donde flotan proteínas y colesterol; los azúcares quedan sólo del lado de afuera. Es fluida: sus piezas se mueven de costado. Por eso se la llama mosaico fluido.
La explicación
El problema: separar sin aislar
Una célula necesita un borde. Adentro tiene que mantener otra composición que afuera: más potasio, menos sodio, sus enzimas, su ADN. Pero no puede ser una pared cerrada, porque tiene que dejar entrar nutrientes y salir desechos, y enterarse de lo que pasa alrededor.
Ese borde es la membrana plasmática. Sus funciones principales:
2. Tiene permeabilidad selectiva: deja pasar unas sustancias y otras no (temas 3.3 y 3.4).
3. Recibe señales con sus receptores (tema 3.6).
4. Permite el reconocimiento entre células y la adhesión a otras células y a la matriz.
5. Lleva enzimas en su superficie, como la lactasa de las células del intestino.
Las mismas membranas, con la misma estructura, rodean también las organelas: el retículo, el Golgi, las mitocondrias. Por eso todo lo que sigue vale para cualquier membrana de la célula.
Los fosfolípidos se ordenan solos
La pieza principal es el fosfolípido (tema 2.3): una cabeza con un fosfato, que tiene carga y le gusta el agua (hidrofílica), y dos colas de ácidos grasos, que la evitan (hidrofóbicas). Una molécula con una parte de cada clase se llama anfipática.
Si se tiran fosfolípidos en agua, nadie tiene que acomodarlos: las colas se esconden del agua juntándose entre sí, y las cabezas quedan mirando al agua. Así se forma una bicapa: dos capas enfrentadas por las colas. Es lo mismo que hace una gota de aceite al juntarse en la sopa, pero ordenado. Si la bicapa se rompe, tiende a cerrarse sola, porque un borde abierto dejaría colas tocando agua.
1. Cabezas: afuera de la bicapa, tocando el agua de cada lado (el citosol y el medio extracelular).
2. Colas: en el medio, sin agua.
3. Por eso el centro de la membrana es una barrera para todo lo que tiene carga o es muy polar.
De qué está hecha
Proteínas: hacen casi todo el trabajo específico (transportar, recibir señales, pegar, catalizar). En la mayoría de las membranas plasmáticas son cerca de la mitad de la masa; en la mielina, que aísla, bastante menos; en la membrana interna de la mitocondria, que trabaja mucho, bastante más.
Hidratos de carbono: cadenas cortas de azúcares pegadas a proteínas (glucoproteínas) o a lípidos (glucolípidos). Están sólo del lado de afuera y forman el glucocáliz, la «cubierta azucarada» de la célula.
Como los azúcares están de un solo lado, y cada capa tiene lípidos algo distintos, la membrana es asimétrica: sus dos caras no son iguales.
Proteínas integrales y periféricas
Periféricas: apoyadas sobre una de las caras, pegadas a las cabezas o a una integral por uniones débiles. Se sueltan cambiando la sal o el pH de la solución, sin romper la membrana. Ejemplo: proteínas del citoesqueleto que sostienen la membrana desde adentro.
1. ¿Cruza la bicapa o tiene un tramo hidrofóbico adentro? Integral.
2. ¿Se suelta con agua salada, sin detergente? Periférica.
3. ¿Necesita detergente? Integral.
Dos modelos: el sándwich y el mosaico
En 1935, Danielli y Davson propusieron un «sándwich»: una bicapa de lípidos tapada por dos capas lisas de proteína, una de cada lado. Explicaba que la membrana fuera delgada y que dejara pasar mejor las sustancias que se disuelven en grasa. Al microscopio electrónico la membrana se veía como tres líneas (oscura, clara, oscura), y eso parecía confirmarlo: es la imagen de la unidad de membrana.
Pero el sándwich tenía problemas. Muchas proteínas de membrana tienen partes hidrofóbicas: no podían estar tapando la cara de afuera, expuestas al agua. Y al congelar una membrana y partirla por el medio (la técnica de criofractura), aparecían proteínas metidas dentro de la bicapa.
En 1972, Singer y Nicolson propusieron el modelo del mosaico fluido, que es el que se usa hoy:
Fluido: los lípidos y muchas proteínas se desplazan de costado dentro de su capa, como gente en una plaza. Pasar de una capa a la otra (el «flip-flop») es raro y necesita enzimas.
Qué hace más o menos fluida a una membrana
La fluidez importa: una membrana muy rígida no deja trabajar a sus proteínas, y una demasiado fluida pierde sustancias.
Colas insaturadas: un doble enlace hace un codo en la cola, las colas no se pueden apretar y la membrana queda más fluida. Las saturadas son rectas y se empaquetan.
Colas cortas: menos contacto entre ellas, más fluidez.
Colesterol: amortigua. Con calor frena el movimiento; con frío impide que las colas se empaqueten y la membrana se endurezca.
Por eso un pez de aguas heladas tiene en sus membranas más ácidos grasos insaturados que uno de aguas tibias: así no se le endurecen.
Preguntá qué empaqueta las colas (frío, colas saturadas y largas) y qué las separa (calor, codos de los dobles enlaces, colas cortas). Lo que empaqueta endurece; lo que separa fluidifica. El colesterol tira hacia el medio.
A unos glóbulos rojos se les rompe la membrana y se separa su contenido. Las membranas que quedan se lavan primero con una solución muy salada: algunas proteínas se sueltan. Después se las trata con un detergente: se sueltan otras proteínas, y la membrana se deshace. ¿Qué clase de proteína salió en cada paso, y por qué?
La clave es qué hace falta romper para soltar cada proteína.
2. El detergente. Un detergente también es anfipático: rodea las partes hidrofóbicas y deshace la bicapa. Lo que sólo se suelta así estaba metido entre las colas: son las proteínas integrales, como las que llevan los azúcares de los grupos sanguíneos o los transportadores de glucosa.
3. Por qué la diferencia. Una integral tiene un tramo hidrofóbico que convive con las colas. Para sacarla del medio hay que ofrecerle otro ambiente hidrofóbico: eso es el detergente.
Dónde se pierde el punto: en decir que las periféricas están «afuera» de la célula. Pueden estar en cualquiera de las dos caras; lo que las define es que no se meten en la bicapa.
En 1970 se fusionaron una célula de ratón y una humana, con sus proteínas de membrana marcadas con colorantes distintos (verde las de ratón, rojo las humanas). Al principio cada color quedó en su mitad; después de unos cuarenta minutos a 37 °C los dos colores estaban mezclados en toda la superficie. En la heladera, en cambio, no se mezclaban. ¿Qué modelo de membrana apoya el experimento, y qué agrega la heladera?
Apoya el modelo del mosaico fluido, en su palabra «fluido».
Lo que agrega la heladera. Con frío la bicapa se pone más rígida (las colas se empaquetan) y las proteínas casi no se mueven. Muestra que la mezcla depende de la fluidez, y no de que la célula fabrique proteínas nuevas en otro lugar.
Lo que no muestra. No dice que todas las proteínas se muevan libremente: muchas están atadas al citoesqueleto o a otras células, y por eso no se mezclan.
Dónde se pierde el punto: en concluir que la membrana «es un líquido». Es una bicapa ordenada; lo fluido es el movimiento lateral de sus piezas.
Dónde se cae la mayoría
- Poner las colas de los fosfolípidos hacia el agua. Las colas son hidrofóbicas: quedan en el centro de la bicapa, y las cabezas, hacia el agua de cada lado.
- Creer que los azúcares de la membrana están de los dos lados. El glucocáliz está sólo en la cara externa: por eso la membrana es asimétrica.
- Confundir integrales con periféricas. Las integrales están metidas en la bicapa y se sacan con detergente; las periféricas se apoyan en una cara y se sueltan sin romper la membrana.
- Pensar que «fluido» quiere decir líquido sin orden. La bicapa mantiene su forma; lo que se mueve es cada pieza de costado dentro de su capa.
- Decir que el colesterol siempre endurece la membrana. Amortigua: con calor la frena, con frío evita que se ponga rígida.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar La membrana plasmática: el mosaico fluido →Dónde entra este tema en el parcial
- Primer parcial — La lechuga mustia15 puntos · resuelto paso a paso
Los otros temas de la unidad 3
Metabolismo y membrana